Čista voda je gotovo savršen izolator.
Da, voda koja se nalazi u prirodi provodi struju – ali to je zbog nečistoća koje se u njoj nalaze, koje se otapaju u slobodne ione koji omogućuju protok električne energije. Čista voda postaje "metalna" - elektronički vodljiva - tek pri ekstremno visokim pritiscima, koji nadilaze naše trenutne mogućnosti proizvodnje u laboratoriju.
Ali, kao što su istraživači prvi put pokazali 2021. godine, nisu samo visoki pritisci ti koji mogu inducirati ovu metalnost u čistoj vodi.
Dovođenjem čiste vode u kontakt s alkalijskim metalom koji dijeli elektrone – u ovom slučaju legurom natrija i kalija – mogu se dodati slobodno pokretne nabijene čestice koje vodu pretvaraju u metalnu.
Rezultirajuća vodljivost traje samo nekoliko sekundi, ali to je značajan korak prema mogućnosti razumijevanja ove faze vode izravnim proučavanjem.
"Možete vidjeti fazni prijelaz u metalnu vodu golim okom!", naveo je fizičar Robert Seidel iz Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie u Njemačkoj.
"Srebrnasta natrij-kalijeva kapljica prekriva se zlatnim sjajem, što je vrlo impresivno."
Pod dovoljno visokim pritiscima, skoro svaki materijal bi teoretski mogao postati vodljiv.
Ideja je da ako dovoljno čvrsto stisnete atome, orbitale vanjskih elektrona će se početi preklapati, dopuštajući im da se kreću. Za vodu, ovaj pritisak je oko 48 megabara – nešto ispod 48 miliona puta Zemljinog atmosferskog pritiska na nivou mora.
Dok su pritisci koji prelaze ovaj generirani u laboratorijskim uvjetima , takvi eksperimenti ne bi bili prikladni za proučavanje metalne vode. Stoga se tim istraživača predvođen organskim kemičarom Pavelom Jungwirthom s Češke akademije nauka okrenuo alkalijskim metalima.
Ove tvari vrlo lako otpuštaju svoje vanjske elektrone, što znači da bi mogle inducirati svojstva dijeljenja elektrona čiste vode pod visokim pritiskom bez visokog pritiska.
Postoji samo jedan problem: alkalijski metali vrlo su reaktivni s tekućom vodom, ponekad čak do tačke eksplozivnosti (u nastavku je stvarno cool video).
Bacite metal u vodu i dobit ćete kaboom.
Istraživački tim pronašao je vrlo izvrstan način za rješavanje ovog problema. Šta ako je, umjesto dodavanja metala u vodu, voda dodana metalu?
U vakuumskoj komori, tim je počeo ekstrudiranjem iz mlaznice male mrljice legure natrij-kalij, koja je tekuća na sobnoj temperaturi, i vrlo pažljivo dodali tanki film čiste vode taloženjem iz pare.
Nakon kontakta, elektroni i metalni kationi (pozitivno nabijeni ioni) otjecali su u vodu iz legure.
Ne samo da je to vodi dalo zlatni sjaj, već ju je učinilo vodljivom – baš kao što bismo trebali vidjeti u metalno čistoj vodi pod visokim pritiskom.
To je potvrđeno uporabom optičke refleksijske spektroskopije i sinkrotronske rendgenske fotoelektronske spektroskopije.
Dva svojstva – zlatni odsjaj i vodljiva vrpca – zauzimala su dva različita frekvencijska raspona, što je omogućilo da ih se oboje jasno identificira.
Osim što nam daje bolje razumijevanje ovog faznog prijelaza ovdje na Zemlji, istraživanje bi također moglo omogućiti pomno proučavanje uvjeta ekstremnog visokog tlaka unutar velikih planeta.
U ledenim planetima Sunčevog sistema, Neptunu i Uranu , na primjer, smatra se da se vrtloži tekući metalni vodik. I samo se na Jupiteru smatra da su pritisci dovoljno visoki da metaliziraju čistu vodu.
Mogućnost repliciranja uvjeta unutar planetarnog kolosa našeg Sunčevog sistema doista je uzbudljiva.
"Naša studija ne samo da pokazuje da se metalna voda doista može proizvesti na Zemlji, već također karakterizira spektroskopska svojstva povezana s njezinim prekrasnim zlatnim metalnim sjajem", rekao je Seidel.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature.
